航空发动机U形金属密封环的设计与优化

针对某型发动机高压转子连接结构的密封问题,设计一种U形金属密封环,分析研究密封环的密封和强度性能,探究结构参数(包括根部倒圆、壁厚、环高、接触面曲率半径、密封环接触面角度、密封环配合件角度)对密封环最大等效应力、最大接触应力的影响,基于ANSYS Workbench优化设计模块,采用代理模型结合遗传算法的优化技术对密封环结构进行优化。结果表明:安装压缩率范围为3.56%～6.33%时,可保证安装和工作2种工况下密封和强度的要求;最大等效应力与壁厚成正比关系,而与根部倒圆和环高成反比关系;接触面曲率半径对最大等效应力影响较小,但最大接触应力随着接触面曲率半径的增加而增加;选择合适的角度范围时,密封环接触面角度和密封环配合件角度对最大等效应力、最大接触应力影响均较小。密封环结构优化后,最大等效应力在安装和工作2种工况下分别减小了34.3%和30.4%,同时密封环质量减少了6.1%。对设计的U形金属密封环随整机进行了试验,结果表明U形金属密封环密封性能良好,验证了设计的合理性。     

某航空发动机金属密封环优化设计研究

为了满足特殊工况下发动机中的密封要求,对W形金属密封环综合性能进行研究。对W形金属密封环进行参数化建模,采用数值模拟正交试验法,应用ANSYS软件进行W形密封环的密封性能的分析计算,根据多指标数值模拟正交仿真试验计算结果,运用MATLAB软件建立W形金属密封环关于其主要结构参数的多元线性回归方程。为保证其密封性能,应求得在最大Von-Mises等效应力不超过材料屈服极限条件下,寻找接触应力的最大值。通过C语言程序设计在其各结构参数限定范围内求解其极值,并得到极值对应的结构参数;对优化后的结构进行ANSYS模拟,并对结果进行检验,从而证明了优化设计的可靠性。     

基于密封特性的弹簧金属C形环结构参数优化

C形环在密封过程中存在低应力区,这些区域难以保证密封可靠性,因此研究C形环密封特性时,需要分析有效接触应力和区域。选取外径为318 mm的C形环为研究对象,利用等效壁厚代替螺旋弹簧丝径,建立C形环等效模型,通过压缩回弹试验验证了模型的合理性。利用有限元方法研究银层厚度、包覆层厚度以及等效壁厚（弹簧丝径）对C形环密封性能的影响。结果表明：银层表面有效接触宽度随着银层厚度、包覆层厚度的增加而增大,有效接触应力随银层厚度、包覆层厚度的增加而减小,等效壁厚的增加可同时增加有效接触宽度和有效接触应力。采用正交试验对C形环的结构参数进行优化设计。结果表明：银层厚度和等效壁厚对有效接触应力和有效接触宽度影响显著。C形环最优设计方案为银层厚度0.2 mm,包覆层厚度0.5 mm,弹簧丝径3.1 mm,泄漏率试验结果表明,优化后C形环具有更好的密封性能。     

燃机U形密封齿国产化工装开发

燃机U形密封齿是结构复杂的薄壁工件,弯制过程中很难成形,本文对加工成形过程的工装进行研究,经过多次试验顺利加工出成品。     

U形管式换热器管板的优化设计

简要介绍了U形管式换热器管板设计规范;并通过MATLAB编程计算和绘图,实现了对U形管式换热器管板的优化设计。该研究对于U形管式换热器的工程设计具有一定的参考价值。     

基于U形管式换热器的优化设计研究

文章简要介绍了U形管式换热器及其换热管的排列形式和原则；运用MATLAB做出了直径在400mm-2000mm范围内的布管数、管板厚度以及换热面积的变化趋势图，拟合出各自的变化曲线，并得出最优值。文章的设计与研究对于U形管式换热器的工程设计具有一定的参考价值。     

基于Abaqus的井下U形金属密封环性能研究

为满足井下流量控制阀在高温高压、强腐蚀工况下的密封要求,提出一种可用于径向密封的U形金属密封环;利用Abaqus软件建立密封环的二维有限元分析模型,计算在预紧和井下实际工况条件下的最大Mises应力和接触压力的分布情况,分析初始压缩量、密封环厚度和井下压力对密封性能的影响。结果表明:随着初始压缩量的增加,最大接触压力先增大后减小再增大;随密封环厚度增加,最大接触压力先减小后增大;随井下压力增加,最大接触压力波动增加。初压缩量为0.4 mm、密封环厚度为3.7 mm时密封效果最优;在井下工作压力为30 MPa时,U形金属密封环能够满足密封条件,实现紧密密封。     

C形滑环式组合密封的密封性能

为研究C形滑环式组合密封的密封性能,运用Abaqus建立其二维轴对称有限元模型,研究工作压力、密封间隙、往复运动速度和摩擦因数对密封性能的影响。仿真结果表明,静密封工作时,O形圈与C形滑环之间的最大接触应力是密封的关键;随着工作压力的增大,O形密封圈和C形滑环的最大Von Mises以及二者之间的最大接触应力均呈现出增大趋势;密封间隙越小,接触应力越大。动密封工作时,密封间隙和工作压力对滑动密封的变化趋势与静密封时基本一致;C形滑环与活塞杆之间的摩擦因数越小,密封效果越好;往复运动速度对最大接触应力的影响不大。     

C形环在超高压大直径容器密封上的适应性研究

在超高压、大尺寸等恶劣工作环境下,常规密封件容易出现严重变形、强度不够和泄漏等问题,难于满足性能要求。为此选用C形密封环为对象,开展其在超高压大直径密封背景下的适应性研究。建立C形密封环的二维轴对称仿真模型,采用有限元方法分析有银层和无银层C形密封环的压缩回弹特性;分析C形密封环在定常和变量条件下Mises应力与接触应力变化规律,研究不同压缩量和外压对密封特性的影响。模拟结果与试验数据相近,验证了模型的准确性。结果表明:银层对C形密封环的压缩特性影响较小;包覆层回弹能力明显差于弹簧层,在超高压环境下包覆层更易达到极限强度,较弹簧层更易损坏;径向压缩量在0.65～0.85 mm范围内时,密封环具有良好的安全性和密封性能。研究表明,C形密封环在超高压大直径容器中具有良好的适应性,满足超高压密封要求。     

航空发动机用W形金属封严环结构优化设计

为提高航空发动机W形金属封严环的密封性能,以某W形金属封严环为研究对象,建立金属封严环二维轴对称有限元模型,通过轴向刚度仿真与试验验证了仿真模型的正确性。利用ANSYS软件APDL语言和参数化技术对金属封严环结构尺寸进行参数化建模,以增大封严环与法兰间的接触应力为目标,利用ANSYS零阶优化算法对金属封严环进行结构参数优化,得到了其最优截面尺寸。结果表明:优化后W形金属封严环壁厚和波高有所减小,而最大接触应力提高了8.8%,最大Von-Mises应力降低了4.3%,因而可提升金属封严环密封性能和使用寿命;优化后W形金属封严环轴向刚度仅降低3.2%,对其力学性能影响不大。     

一种套管悬挂器金属密封结构设计与研究

针对高温高压下悬挂器橡胶密封件的失效问题,采用316L软金属,设计线型、正弦、椭圆、抛物线4种不同的密封结构,采用ANSYS软件分析套管悬重及不同顶丝压力下的接触压力和接触宽度的变化规律。结果表明:随顶丝压力的增加,线型密封各接触面处的平均接触压力增幅较小,正弦和抛物线型密封各接触面处的平均接触压力起伏式增加,椭圆密封各接触面处的平均接触压力平稳增加,表明采用椭圆型接触面有利于密封的稳定。实验结果表明,该全金属多级等锥椭圆曲面密封结构可靠,能满足油田井口装置140 MPa极限工况的密封要求。     

滑环式蓄能密封环结构的有限元优化设计

利用ANSYS13.0建立某滑环式复合蓄能密封环的有限元模型,分析该密封环在给定工况下密封性能,并与单纯的滑环密封环的密封性能进行比较;分析滑环几何参数对其结构受力情况及密封性能的影响,对密封环结构进行优化设计。结果表明:通过对滑环的顶部宽度、壁面宽度、唇面半径、滑环高度等几何参数的优化,改善了结构在工作环境下的受力状况,提高了其工作寿命,同时使其能够更可靠地保证密封性能。     

往复式骨架油封密封界面内油膜压力和厚度分布

以汽车减震器密封用的往复式骨架油封为研究对象,基于润滑理论建立密封界面内的流体润滑数值计算模型来分析往复式骨架油封的密封性能,该模型耦合了固体力学、流体力学以及变形力学分析。采用ANSYS有限元分析提取密封区的静接触压力进行固体力学分析,采用超松弛迭代法求解雷诺方程进行流体力学分析,采用影响系数法求解密封唇面的变形,其中假定密封唇面的微凹凸形貌具有正弦和双余弦分布。通过模型分析密封唇面微凹凸形貌、往复速度对密封界面内的油膜压力和厚度的影响规律。结果表明:在2种不同形式的密封唇面微凹凸形貌下,内行程中密封界面内的油膜压力大于外行程的;密封唇面微凹凸形貌以正弦函数分布,往复式骨架油封密封处发生泄漏;密封唇面微凹凸形貌以双余弦函数分布,往复式骨架油封具有良好的密封性能。     

气门油封结构参数设计及优化

为研究发动机气门油封结构参数对油封密封性能的影响,在有限元分析基础上,对油面唇角、气面唇角、安装过盈、唇口圆角半径、弹簧刚度等结构参数进行正交试验设计,研究油封结构参数对气门油封唇口最大接触压力和单位周长径向力的影响;以最大接触压力和最小单位周长径向力为优化目标,获取气门油封最优参数组合.研究结果表明:油封唇口圆角半径...     

液压支架立柱组合蕾形密封圈结构参数与密封性能研究

以某大采高液压支架立柱组合蕾形密封圈为研究对象,采用有限元法分析唇内、外倾角和唇谷高等结构参数对组合蕾形密封圈静密封性能的影响,同时研究油压压力、密封间隙、立柱活塞速度、摩擦因数对密封圈动密封性能的影响。结果表明:一定取值范围内,唇内、外倾角和唇谷高越大,静密封性能越好;油压越大、密封间隙越小,动密封性能越好;摩擦因数越大,外行程时动密封性能越好,内行程时则相反;活塞运动速度对动密封性能影响较小。为保证该组合蕾形密封圈具有良好的综合密封性能,各参数优化取值范围为:唇外倾角20°~30°,唇内倾角20°~35°,唇谷高度12.2~13.2 mm,摩擦因数小于等于0.1,密封间隙0.1~0.3 mm,油压不超过50 MPa。     

基于ABAQUS的油封密封性能研究

利用ABAQUS有限元分析软件模拟和分析旋转轴唇形油封在静态和动态2种状态下的密封性能。通过轴向推动建模方法,建立静态条件下油封的二维有限元模型,并分别对有无弹簧2种情况下的过盈量、弹簧劲度系数及理论接触宽度对油封静态密封指标接触压力和接触宽度的影响进行分析。在动态条件下建立油封的三维有限元模型,并分析旋转轴转速和唇口与轴之间的摩擦因数对油封摩擦力和摩擦扭矩的影响。分析结果表明,过盈量相同的情况下,带弹簧的油封密封性能高于不带弹簧的油封,且油封的密封性能随弹簧劲度系数的增加而提高,随理论接触宽度的增大而降低;密封的摩擦扭矩随摩擦因数的增加而增大,但轴的转速变化对其影响不大。     

帽形滑环式组合密封的密封性能研究

采用ABAQUS软件建立帽形滑环式组合密封有限元模型,研究不同工作压力、密封间隙、运动速度和摩擦因数对其密封性能的影响规律。研究结果表明:静密封工况下,活塞杆与O形圈间的最大接触应力是影响密封性能的关键因素,随着工作压力的增大或密封间隙的减小,O形圈与帽形滑环的最大Von Mises应力均逐渐增大,各表面间的接触应力也逐渐上升;动密封工况下,工作压力越大、密封间隙越小,接触应力越大,密封间隙为0.3 mm其动密封性能最优,而随摩擦因数的增大,接触应力总体呈上升趋势,运动速度则对于接触应力基本无影响。     

机械密封镶装密封环开空刀槽对密封性能的影响

以航天涡轮泵用机械密封的镶嵌静环组件为研究对象,采用有限元法对比研究了静环座开或不开空刀槽2种情况下,石墨静环在静态条件下的接触压力、端面轴向变形和等效应力的分布特征。结果表明:未开空刀槽镶装静环组件的石墨环密封端面轴向变形分布沿径向呈发散楔形状,且相对变形量差值较大,而开空刀槽后静环组件的接触压力、等效应力和端面轴向变形均得到改善。分析了空刀槽的尺寸大小、形状以及开槽位置对石墨静环受力特征的影响,确定了静态条件下合理的开槽几何特征值。结果表明:空刀槽开在静环座径向侧壁根部较合适,且当空刀槽槽宽占比约为1/2时,静环端面轴向变形达到最小,有利于减小密封泄漏率;相比于其他几种空刀槽结构形状和特征尺寸,石墨静环拥有燕尾形空刀槽且当燕尾角为45°时,其端面轴向变形量沿径向变化最小,静环的装配应力均值最小。     

某型发动机油封装置的设计

飞机发动机工作性能的好坏将直接危及飞机的飞行安全,发动机油封是发动机在贮藏和运输时防止其零件发生锈蚀的主要措施。传统的油封装置为加热型,存在效率低、准备时间长和安全风险高等弊端,随着飞机装备数量增大,加热型的油封装置已不能满足用户需求,新设计了具有真空脱水、双动力源油封和增加自循环清洗功能的油封装置。     

关于飞机液压控制附件密封问题的研究

液压系统及其附件是飞机机械系统的重要组成,本文针对军用飞机典型液压控制附件常用的密封方式及存在问题进行了探讨。控制附件的密封部位不同,选用的密封方式也不同,常用密封方式有密封圈密封、接触式压紧密封和移动式间隙密封等。在使用和维护过程中,任何一种密封方式都是相对密封,都存在失效泄漏问题,如密封圈被切伤、氧化及老化等常见问题,接触式压紧密封主要是配合解决面损伤引起泄漏的问题,移动式间隙密封主要是配合解决由于尺寸公差引起的间隙不符及阀芯划伤等问题。针对不同密封方式的泄漏提出相应的预防及改进措施,为飞机各类附件的密封提供参考。